Couverture ElectroniqueS n°127

Plus encore que les années précédentes, l'édition 2020 du plus grand salon mondial dédié à l'électronique grand public a fait l'objet de nombreuses annonces de capteurs, éléments de différenciation essentiels sur ce créneau. M ême si les processeurs numériques n'ont pas été en reste ( voir dans ce numéro ), l'édition 2020 du CES de Las Vegas a été particulièrement riche en annonces du côté des capteurs. Ces capteurs sont d'ailleurs devenus des arguments essentiels pour se démarquer sur les créneaux ultra-concurrentiels de l'électronique grand public. À titre d'exemple, les consommateurs ne savent que rarement quel processeur orchestre leur smartphone, alors que les caractéristiques du module photo ou de l'identification biométrique constituent désormais pour eux des critères de choix décisifs. Après avoir enfin réussi à finaliser le rachat de l'allemand Osram, le fabricant autrichien ams, qui avait logiquement fait profil bas sur la communication durant cette opération délicate, a rouvert les vannes des annonces de nouveaux produits à l'occasion de la grand-messe de l'électronique. Lors du CES, ams a tout d'abord présenté l'AS7350, un capteur spectral de luminosité ambiante destiné aux smartphones haut de gamme. Selon l'autrichien, il permet de déterminer avec davantage de précision les sources de lumière et donc la balance des blancs correcte, même dans des conditions d'éclairage extrêmes. « Pour de nombreux utilisateurs, la qualité des photos constitue le critère décisif de choix lors de l'achat d'un smartphone », rappelle Reiner Jumpertz, vice-président d'ams et manager général chargé des capteurs de couleurs. Là où les capteurs de luminosité se contentent souvent, au mieux, de photodiodes distinguant le rouge, le vert et le bleu, l'AS7350 dispose lui de huit détecteurs couvrant chacun une bande des fréquences visibles, et de trois détecteurs spéciaux dédiés respectivement au clignotement (50 Hz à 3 kHz), à l'infrarouge proche et à l'ensemble du spectre lumineux. Il peut dès lors déterminer si la scène est éclairée par une lumière naturelle, des luminaires à incandescence ou à fluorescence, des Led ou toute combinaison de ces éclairages. Les signaux sont numérisés au moyen de convertisseurs analogique-numérique intégrés et communiqués via une interface I²C. Le tout tient sur une puce en boîtier LGA mesurant 3,1 x 2 x 1 mm. L'AS7350 sera échantillonné au premier trimestre 2020. Ams vise les systèmes de détection optique et de reconnaissance faciale avec le CGSS130, un capteur Cmos monochrome à 1,3 million de pixels, sensible aux infrarouges proches et à sensibilité élevée, qui permet donc d'utiliser des émetteurs infrarouges moins gourmands en énergie. Développé en partenariat avec SmartSens Technology, il offre un rendement quantique de 40 % à 940 nm et 58 % à 850 nm. Le CGSS130 présente un encombrement réduit (3,8 x 4,2 mm) grâce à l'empilement des puces du détecteur proprement dit et du circuit de traitement du signal. Doté d'une fonction d'obturation globale, d'un format optique 1/4 pouce et d'un port MIPI CSI-2, ce capteur à illumination par l'arrière (BSI) capture jusqu'à 120 images/seconde à pleine définition (1 280 x 1 080), avec une dynamique supérieure à 100 dB en mode HDR. - 40 dB de bruit pour les « earbuds » Du côté de l'audio, ams présentait l'AS3460, un circuit d'annulation de bruit spécialement conçu pour les écouteurs sans fil de type earbud . < Avec ce module de projection holographique suffisamment compact pour être intégré dans une paire de lunettes classique sans caméra ni affichage visible, Bosch Sensortec espère relancer le concept de lunettes intelligentes. < Ce capteur « time of flight » VGA pour la reconnaissance faciale intégrée aux smartphones est annoncé par Infineon comme étant le plus petit de l'industrie. Sur ce créneau, il s'agit selon l'autrichien du premier circuit fournissant jusqu'à 40 dB d'annulation de bruit. Il dispose d'une fonction de paramétrage automatique censée détecter l'environnement d'écoute (voiture, avion, salle bruyante, etc.) et ajuster les caractéristiques de filtrage en conséquence, sans intervention de l'utilisateur. D'autres fonctions embarquées permettent de couper les fréquences liées aux acouphènes dont pourrait souffrir l'utilisateur, de privilégier les fréquences relatives à une conversation orale en cas d'appel ou encore de réduire des bruits extrêmes ponctuels comme une sirène d'ambulance. La latence plancher est de 4,3 µs, le rapport signe sur bruit de 110 dB et la distorsion harmonique totale de 80 dB à 10 mW de puissance de sortie sur une charge de 32 O. L'AS3460 est encapsulé en boîtier FBGA à 36 contacts, et d'ores et déjà disponible en volume. Présent au CES, Infineon Technologies y a exposé ce qu'il considère être le plus petit imageur 3D de type time of flight, référencé IRS2877C. Développé en collaboration avec son compatriote pmdtechnologies, ce capteur VGA à pixels de 5 µm, qui s'inscrit dans la famille de détecteurs ToF REAL3 d'Infi-neon, ne mesure que 4,4 x 5,1 mm. Il se destine notamment à la reconnaissance faciale intégrée dans les smartphones. L'IRS2877C est accompagné d'un circuit de commande d'illumination optimisé, l'IRS9100C. Sa production en volume est prévue pour l'été 2020. Imageurs encore, avec l'OS12D40 présenté par Omni-Vision Technologies. Ce capteur Cmos de 11,3 millions de pixels est clairement optimisé pour les caméras de surveillance haute définition. « Un marché en croissance annuelle moyenne de plus de 15 %, et qui représentera 400 millions d'unités en 2024 », estime David Shin, responsable marketing pour les produits de sécurité chez OmniVision. Selon les circonstances, l'OS12D40 peut capturer des clichés 4K pour mettre en évidence des détails ténus ou, en associant les photosites (qui mesurent 1,4 µm de côté) par groupes de quatre, fonctionner en 1 080p avec une dynamique élevée facilitant le suivi d'objets en mouvement même en cas de faible luminosité. Le passage d'un mode à l'autre est géré par un opérateur ou un système à intelligence artificielle. Les 20 % de pixels additionnels servent à la stabilisation électronique de l'image. Participent également à la qualité d'image un format optique 1/2,49 pouce généreux, un mode HDR à trois expositions, un angle CRA de 9° permettant la capture en grand angle, une conversion analogique-numérique sur 10 bits et un transcei-ver MIPI à quatre lignes véhiculant chacune jusqu'à 2,5 Gbit/s. Le gain de conversion des pixels peut être ajusté dynamiquement pour s'adapter à une luminosité normale ou faible. Imageurs : 48 Mpixels chez OmniVision OmniVision a également présenté au CES l'OV48C, un imageur à 48 millions de pixels pour smartphones, qui se distingue par la présence d'un mode d'extension de dynamique (HDR) à double conversion censé éliminer les artefacts de mouvement. Ce capteur à puces empilées (comme l'OS12D40 d'ailleurs) exploite des photosites de 1,2 µm de côté dans un format optique de 1/1,3 pouce. En cas de faible luminosité, les photo-sites peuvent être groupés par paquets de quatre, le capteur passant alors en mode 12 Mpixels. La cadence de capture de l'OV48C atteint 15 images/seconde à pleine définition, 60 images/seconde à 12 Mpixels, 240 images/ seconde en 1 080p et 360 images/seconde en 720p. Enfin, OmniVision vise les caméras industrielles miniatures et la vision 3D avec l'OG0VA, un imageur VGA (640 x 480) à obturation globale délivrant 240 images/seconde dans un format optique de 1/10 pouce. Ce capteur BSI s'avère aussi sensible aux infrarouges proches, avec un rendement quantique de 40 % à 940 nm et 60 % à 850 nm. Il est également disponible sous la référence OC0VA, avec un circuit de traitement du signal et l'optique associée, dans un module miniature de 2,69 x 3,04 x 3,04 mm. TDK a également annoncé plusieurs capteurs lors du CES, notamment des microphones Mems. À commencer par le T5818, un microphone Mems à sortie numérique PDM (modulation en densité de pulsations) annoncé comme offrant la plus large dynamique (107 dB) de sa gamme. Ce micro affiche un rapport signal sur bruit de 66 dBa et un niveau de pression acoustique de 135 dB pour une consommation de 590 µA en mode haute qualité, 215 µA en basse qualité et 8 µA en veille. Sa dynamique étendue lui permet par exemple de mieux distinguer les conversations en milieu bruyant dans le cadre d'une enceinte intelligente. Il convient également aux smart-phones ou aux casques à annulation de bruit. Le T5818 est encapsulé dans un boîtier mesurant 3,5 x 2,65 x 0,98 mm. LE CES PÂTIT DES BISBILLES SINOAMÉRICAINES > Le CES 2020 a accueilli plus de 4 400 exposants, dévoilant 20 000 nouveaux produits électroniques à 170 000 visiteurs. Des chiffres en léger recul (environ 180 000 visiteurs et 4 500 exposants en 2019), notamment en raison d'un boycott partiel des fabricants chinois, réagissant aux tensions commerciales générées par l'administration Trump. Parmi les thèmes mis en vedette durant cette édition figuraient l'intelligence artificielle, les communications 5G, la santé connectée, la conduite automobile assistée ou encore l'urbanisme. Plus de 1 200 startup étaient rassemblées dans l'Eureka Park. Les conférences ont, elles, mobilisé 1 100 intervenants parmi lesquels les CEO de Samsung, Delta Air Lines ou encore Unilever. De manière générale, un nombre croissant d'entreprises évoluant dans d'autres sphères participent à la manifestation, comme par exemple John Deere, L'Oréal ou encore Procter & Gamble cette année, pour y présenter leurs liens avec le secteur high-tech. Toujours par l'intermédiaire de sa filiale InvenSense, TDK a initié la production en volume du T5808, présenté comme étant le premier microphone Mems à sortie numérique équipé d'une interface SoundWire conforme au standard MIPI. Le protocole SoundWire permet de réunir sur un seul bus les données audio et les signaux de commande de onze appareils (par exemple sept micros et quatre hautparleurs). Il devient dès lors possible de contrôler individuellement les caractéristiques de chaque appareil depuis un point central – typiquement leur mode d'alimentation – et de suivre leur état au moyen d'interruptions. En outre, chaque microphone dispose de deux ports de données : cela lui permet, en mode dit concurrent, de diffuser à la fois en basse qualité (0,6 ou 0,768 Mbit/s) et en haute qualité (2,4 ou 3,072 Mbit/s), soit pour réduire l'interruption sonore lors du passage d'une qualité à l'autre, soit pour alimenter deux applications nécessitant des qualités différentes. Le T5808 offre un rapport signal sur bruit de 66 dBa et un niveau de pres-sion acoustique de 135 dB pour une consommation de 650 µA en mode haute qualité, 215 µA en mode basse qualité et 10 µA en veille. Sa bande passante s'étend de 40 Hz à 20 kHz. Il est encapsulé dans un boîtier mesurant 3,5 x 2,65 x 0,98 mm. Un module de détection complet chez TDK TDK, c'est aussi des capteurs de mouvements. Le fabricant vient d'ailleurs d'étendre sa famille de détecteurs pour applications industrielles avec les IIM-46234 et IIM-46230, qui incluent tous deux un accéléromètre et un gyroscope triaxiaux. Ces capteurs calibrés en usine se distinguent par leur précision, avec une instabilité du gyroscope limitée à 1,9 degré/heure (IIM46234) et 4,1 degré/heure (IIM46230) et des données de synchronisation précises à la microseconde près. Ciblant des applications telles que les engins de construction, les machines agricoles, les véhicules aériens et les robots industriels, ils embarquent la fonction Sensor FT de TDK qui combine redondance et auto-surveillance pour simplifier la maintenance et prévenir en cas de problème imminent. Ces capteurs à sortie SPI/UART sont sertis dans des boîtiers de 23 x 23 x 8,5 mm et supportent des températures de fonctionnement allant de - 40 °C à + 85 °C. Le capteur spectral de luminosité ambiante AS7350 d'ams dispose de huit détecteurs couvrant chacun une bande des fréquences visibles. Ceci lui permet de déterminer plus précisément les sources de lumière et donc la balance des blancs correcte, même dans des conditions d'éclairage extrêmes. Visant davantage les développeurs d'objets connectés, le module SmartSense présenté par TDK au CES se veut une solution de détection complète, prête à l'emploi et communicante. Orchestré par un micro-contrôleur Cortex-M4, il comprend un détecteur de mouvements sur six axes (ICM42688), un magnétomètre triaxial (AK09940) et des capteurs de pression (ICP-101xx) et de température/humidité (SHTC3), le tout dans un boîtier de 50 x 35 mm. La communication est assurée par un port USB et un frontal Bluetooth Low Energy (NRF52840), et l'alimentation par une batterie rechargeable Li-ion de 290 mAh. Une carte d'extension permet d'ajouter un capteur d'ultrasons, un connecteur pour carte mémoire SD et une liaison Wi-Fi ; une autre est dédiée à la conception d'un robot aspirateur. Les données sont accessibles par l'intermédiaire d'une interface graphique Windows, et de multiples algorithmes de détection sont disponibles auprès du fabricant. Enfin, on notera que TDK a annoncé à Las Vegas la disponibilité du chirp CH-201, un capteur Mems à ultrasons de type time of flight capable de détecter la présence d'objets tel un sonar, avec un angle utile atteignant 180° et une portée de cinq mètres. Associant le détecteur et un circuit de traitement du signal dans un boîtier de 3,5 x 3,5 mm, il offre plusieurs avantages par rapport aux capteurs optiques équivalents, par exemple sa capacité à détecter des surfaces ou objets transparents, son immunité à la lumière ambiante, sa consommation moindre et son absence de laser infrarouge souvent requis pour les détecteurs ToF. Bosch croit encore aux lunettes intelligentes Autre poids lourd du secteur, Bosch Sensortec n'était pas venu à Las Vegas avec des annonces de capteurs, mais avec la volonté de ressusciter un concept de lunettes intelligentes un peu tombé en désuétude après l'échec initial des Google Glass. L'allemand a présenté au CES un module dit Light Drive qui tient dans une branche de lunettes et comprend en son sein toute l'électronique nécessaire (miroirs Mems, optique, capteurs, circuit de traitement du signal) à l'affichage sur le verre par projection holographique d'informations diverses, par exemple un itinéraire à suivre, un rendez-vous à venir ou des mails entrants. Le module mesure 8 mm de large, 5 à 10 mm de haut et 45 à 75 mm de long, pour un poids inférieur à 10 grammes. De l'extérieur, aucune caméra et aucun affichage n'est visible, assure Bosch, soucieux de faire oublier le look science-fiction un brin ridicule des premières lunettes intelligentes. « Ce Smartglasses Light Drive constitue la solution la plus légère et compacte du marché, et permet de rendre "intelligentes" quasiment toutes les paires de lunettes habituelles », avance Stefan Finkbei-ner, CEO de Bosch Sensortec. Elle sera disponible en volume l'an prochain, sous la référence BML500P. Enfin, pour non plus générer, mais exploiter les signaux issus de capteurs, Ceva a inauguré au CES de Las Vegas SenslinQ, sa plateforme de fusion de signaux destinée aux objets connectés. SenslinQ collecte, traite (conversion analogique-numérique, suppression de bruit), classe et contextualise les signaux de capteurs avant de les communi-quer via des liaisons filaires ou sans fil. La plateforme basée sur Linux comprend un code de référence HAL ( hardware abs-traction layer ) et des API pour l'échange de données et de commandes entre les différents capteurs et processeurs – cœurs licenciés auprès d'ARM, open source RISC-V ou DSP CEVA-BX. SenslinQ fait ainsi le lien entre les moteurs de traitement du signal de Hillcrest Labs, récemment acheté par Ceva, ceux développés en interne par l'israélien (ClearVox pour le traitement vocal, WhisPro pour la reconnaissance vocale…) et ceux de tierces parties, les IP de communication sans fil Rivie-raWaves (Bluetooth et Wi-Fi) et Dragonfly NB-IoT et l'application de l'utilisateur.

Le CES de Las Vegas fa it la part belle aux capteurs

Couverture ElectroniqueS n°127

IBM grave les premières puces en 2 nm en abandonnant les FinFET

Zeta, le protocole LPWAN made in China, arrive en Europe

Harting invente le connecteur électronique sur mesure

Le CES de Las Vegas fa it la part belle aux capteurs

Dans la même rubrique

Couverture ElectroniqueS n°127

IBM grave les premières puces en 2 nm en abandonnant les FinFET

Zeta, le protocole LPWAN made in China, arrive en Europe

Harting invente le connecteur électronique sur mesure